 Advances in Geosciences 地球科学前沿, 2013, 3, 97-105 http://dx.doi.org/10.12677/ag.2013.32014 Published Online April 2013 (http://www.hanspub.org/journal/ag.html) Tectonic Stress Field Character and Balanced Cross Section of Guangping Thrust in Southeastern Fujian* Sen Wang1, Liangji Lv1, Da Zhang1, Quansheng Lin1,2, Yaoyao Zhang1, Xu Zhang1, Yuan Yuan1, Yongjun Di1, Linkuo Zhang1 1State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 2The Western Geological Party of Fujian, Xiamen Email: wangsen20062006@126.com Received: Feb. 24th, 2013; revised: Mar. 11th, 2013; accepted: Mar. 24th, 2013 Copyright © 2013 Sen Wang et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unre- stricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: With the backward method of the stress filed about the conjugate joints and the theory of balanced cross sec- tion, the writer analysed the kinematic characteristics and the deformation degree of the Guangping thrust. In accor- dance with the survey of conjugate joints in the quarts sandstone of Lindi formation in 9 places, we draw a conclusion that the direction of the maximum compressive principal stress is NW-SE; the balanced cross section of the coal district shows that strata shortened at a rate of 38.4%, and that shortening is the result of the thrust moving. Combined with the basic characters of nappe structure and the regional tectonic analysis, the thrust moved from northwest to southeast un- der the action of the regional compressive stress and result in a large scale of shortening. The above results indicated that the lithosphere of southeastern Fujian, as well as southeastern China experienced strong compressional deformation from the later Mesozoic, and moved with a large scale and a long distance from northwest to southeast. Keywords: Southwestern Fujian; Guangping Thrust; Tectonic Stress Field; Balanced Cross Section; Shortening Rate 闽西南广平推覆构造应力场特征 及平衡剖面研究* 王 森1，吕良冀 1，张 达1，林全胜 1,2，张垚垚 1，张 旭1，袁 远1，狄永军 1，张林阔 1 1中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 2福建省闽西地质大队，厦门 Email: wangsen20062006@126.com 收稿日期：2013 年2月24 日；修回日期：2013年3月11 日；录用日期：2013年3月24 日 摘 要：本文采用共轭剪节理应力反演方法及平衡剖面复原原理分析了闽西南广平推覆构造的运动学特征及变 形缩短程度。通过对分布于广平推覆体林地组石英砂砾岩中 9个测点的共轭剪节理测量结果分析，得出形成推 覆构造的构造应力场最大主压应力为NW-SE 向；通过对煤田勘探剖面开展平衡剖面研究，估算出由于推覆构造 导致的地层缩短率为 38.4%；结合推覆构造基本特征及区域构造综合分析，推断广平推覆构造在区域挤压应力 作用下由 NW 向SE 运动，并造成地层大幅缩短。以上结果表明闽西南及其所在的中国东南大陆岩石圈自晚中 生代以来经历了强烈挤压变形，形成了自NW 至SE 向运移且规模巨大的推覆构造。 关键词：闽西南；广平推覆构造；构造应力场；平衡剖面；缩短率 *资助项目：中国地质调查局地质调查项目“武夷山成矿带中生代推覆构造与铜多金属找矿方向研究”(编号：1212010813064)和“武夷山植 被覆盖区成矿地质背景研究与成矿要素综合推断”(编号：1212010070203)。 Copyright © 2013 Hanspub 97  闽西南广平推覆构造应力场特征及平衡剖面研究 Copyright © 2013 Hanspub 98 1. 引言 闽西南地区地处华南大陆东南缘，自早元古代以 来，该区经历了华夏古陆的形成、裂解，新元古代与 扬子古陆聚合，早古生代区域隆升以及晚古生代裂陷 盆地形成等重要构造演化阶段。特别是中生代以来， 该区经历了强烈的构造热事件，其中中侏罗世晚期以 来由于东亚岩石圈板块汇聚[1]而形成显著的推覆构 造，使该区早期形成的地层层序及位置发生了强烈改 造，并形成相应的岩浆与成矿作用。闽西南地区推覆 构造普遍发育,其中广平推覆构造是福建境内发育最 完整，面积较大的一个推覆构造，其南北长大于 20 km，东西宽大于 12 km。区内多期构造演化及不同阶 段岩浆活动等复杂的特征引起了地质学者的广泛关 注，并建立了一系列几何学、运动学、动力学模式[2-5]。 陶建华[2]通过大量的野外调查及煤田勘探资料，认为 广平推覆“岩席”鳞次栉比，为叠瓦状构造，并伴有 平卧或斜歪向斜构造。关玉祥等[3]根据外来岩系分布 规律和原地岩系褶皱构造特征，认为广平推覆构造运 动方向由 NW 向SE 推覆，并且外来岩系的推覆距离 大于 100 km。周珍奇[4]认为广平推覆构造主要经历了 海西期陆内裂陷、早印支期伸展滑脱–挤压变形滑 动、晚印支期向斜构造发育、早燕山早期裂陷、晚燕 山期逆冲推覆构造等阶段，并讨论了推覆构造的形成 和演化。 然而，由于研究区构造变形复杂，以及中生代以 来多期次岩浆叠加改造，导致推覆构造结构和变形等 特征发生较大改变，增加了该区推覆构造的研究难 度。对闽西南广平推覆构造特征的研究仍然存在如下 问题：1) 直接的推覆构造证据由于受后期构造变形的 改造而较为缺乏；2) 由于该区不同层次推覆构造发育 以及后期岩浆等叠加改造，导致推覆构造变形缩短量 的估算存在较大差别，需根据新的野外调查及勘探资 料进一步细化。 本文运用构造应力场测量方法及平衡剖面原理， 通过详细的野外地质调查及井田勘查资料，对广平推 覆构造应力场方向进行分析，并估算了地层缩短量， 在此基础上，探讨闽西南地区推覆构造动力学背景。 2. 区域地质概况 闽西南地区在构造上处于欧亚大陆板块东南缘， 濒临太平洋板块，为环太平洋中、新生代巨型构造– 岩浆带陆缘活动带的一部分[6]，是全球构造–岩浆活 动最活跃的地区之一。广平推覆构造位于闽西南凹陷 带中部，大田–龙岩凹陷东北边缘，主要发育中深层 次推覆构造，局部伴随拆离(滑脱)、褶皱拆离构造。 广平推覆体与永安、清流、宁化等诸多推覆体共同构 成了闽西南推覆构造带。 闽西南地区除了缺失志留系及下泥盆统地层外， 其它地层均有发育，尤以晚古生代–早中代地层发育 为特色[7]。其中，上古生界–中下三叠统地层分布广 泛，侏罗系陆相火山岩呈孤岛状沿断陷盆地分布。上 古生界–中下三叠统以浅相、海陆交互相沉积为主， 从老至新有上泥盆–下石炭统(D3-C1)粗碎屑岩，上石 炭统船山组–下二叠统栖霞组(C3c-P1q)灰岩、硅质岩， 下二叠统文笔山组–中三叠统(P1w-T2)海陆交互相含 煤细碎屑岩、浅海相含钙细碎屑岩。 区内 NE 向褶皱发育，主要有大帽山背斜、广平 –龙岩复式向斜、太华–长塔复式背斜以及大田复式 向斜等。这些褶皱轴面以 NE 向展布为主，次级褶曲 比较发育，并且局部可见倒转褶皱。大田广平倒转向 斜轴向 NE，向北渐转向 NW，出 露 长 约20 km，翼 间 角在 20˚~40˚之间，向斜被 NE 向断裂破坏导致出露不 完整。区内断裂构造以 NNE、NE 和SN向为主，属 于政和–大埔、永安–晋江断裂带的组成部分。此外， 沿上古生界不同地层界面(如D3-C1与C3c-P1q、Pt3my 与C3c-P1q、P1q与P1w、P1t等)普遍发育的缓倾斜推 覆构造和层间滑脱断裂破碎带，往往造成地层大量重 复或缺失，并成为十分有利的控矿容矿构造。在平面 上，断层呈醒目的圆弧状展布，受地形限制多呈蛇曲 状展布(图1)。 区内岩浆活动强烈，以中生代酸性–中性侵入岩 体及岩脉为主，岩体的形态及展布特征明显受推覆构 造控制。此外还发育 NE向展布的混合岩浆花岗岩(如 本区西侧的湖源岩体、新桥岩体、龙凤场岩体等)，均 为无根岩体，属于广平推覆体的一部分，并且明显受 推覆构造控制。 3. 推覆构造基本特征 广平地区推覆构造广泛发育，在空间上外来岩系 以大面积“飞来峰”形式直接覆盖在原地岩系之上，  闽西南广平推覆构造应力场特征及平衡剖面研究 Figure 1. The geologic map of Guangping thrust 图1. 广平一带推覆构造及区域地质略图 两者呈断层接触，并且外来岩系之间仍存在多组推覆 构造界面。推覆构造之外来岩系为上元古界–下古生 界片岩、变粒岩等以及不整合其上的上泥盆–下石炭 统地层，并包括侵入于以上地层的加里东期混合花岗 岩、白云母花岗岩。原地岩系呈半构造窗形式出露于 广平、桃舟、大竹林一带，位于低洼地带，由上泥盆 统–下三叠统溪口组及侏罗系下统梨山组地层组成， 并以煤系地层强烈褶皱、倒转平卧褶皱发育并伴生小 型逆冲、顺层断裂构造为特征。沿上古生界不同地层 岩性界面普遍发育缓倾斜逆冲断层，如 D3-C1与 C3c-P1q、Pt1my 与C3c-P1q等之间的界面[8]。在空间上， 广平推覆构造整体上呈 NE-SW 向延伸，受地形控制 Copyright © 2013 Hanspub 99  闽西南广平推覆构造应力场特征及平衡剖面研究 呈弧形展布，弧顶指向SE。 剖面显示[6]，广平推覆构造由一系列产状相近的 低角度逆冲断层及夹于其间的薄层岩席组成，局部伴 随滑脱构造，以发育复杂倒转、歪褶皱为特征。断层 面在近地表产状较陡，沿断裂面向下逐渐变缓，总体 上表现为“犂状”产出。推覆构造断面倾向NW，倾 角10˚~30˚，并且沿走向、倾向波状起伏。原地岩系 和外来岩系这两套构造层在区内呈上下岩片重叠，共 同构成了双重推覆构造带[6]。由于逆冲推覆侧向挤压 作用，推覆岩席沿不同地层界面发生滑动，一方面造 成了部分地层的大量缺失，另一方面造成地层的强烈 褶皱，其中以广平龙凤场倒转向斜较为典型。广平推 覆体南西侧龙凤场硫、多金属矿区勘探资料表明[3]， 区内发育一倒转向斜，其核部由下二叠统童子岩组 (P1t)和文笔山组(P1w)地层组成，两翼为上石炭统船山 组–早二叠统栖霞组(C3c-P1q)地层，褶皱轴面倾向 NNW，北东翼地层倒转。 4. 推覆构造应力场特征 闽西南地区早中生代存在着指向SE 的大规模逆 冲断层系[9]，推覆构造形成于区域挤压应力场，因此 必然导致其所卷入地层发生构造变形，如褶皱、次级 断裂、节理、劈理等，其中共轭剪节理特征可以反映 推覆构造形成时的挤压应力状态[10]。研究区推覆构造 外来岩系及原地岩系共轭剪节理分布不均匀，以外来 岩系下石炭统林地组石英砂岩中最为发育，究其原因 可能与林地组脆性程度较高有关。除此之外，共轭剪 节理在该区较为发育，远离推覆体的其它地方明显不 发育，表明林地组共轭剪节理与推覆构造关系密切。 通过测量林地组共轭剪节理产状，可以揭示广平推覆 构最大主应力分布特征，进一步为广平推覆构造运动 学方向研究提供可靠依据。 4.1. 测量原理 构造应力场是指在一个空间范围内构造应力大 小和方向的分布状况[11]，构造应力场研究是在确定各 地质点的应力状态基础上，研究一定区域范围内各个 构造活动时期的构造应力状态分布。为了测量一个地 区某一构造运动时期的应力状态，通常用同一应力场 作用下形成的共轭剪节理的产状计算出三个主应力 轴的空间方位。根据构造地质学理论[12]，同一构造应 力场形成的节理与主应力轴方位具有以下几何关系： 一对共轭剪节理的交线平行于中间应力轴σ2的方向， 共轭剪节理的锐角等分线通常平行于最大主应力轴 σ1的方向，σ3垂直于共轭剪节理锐角平分面。 4.2. 共轭剪节理测量 林地组地层作为广平推覆体的主要组成部分，岩 性为厚层石英砂砾岩、石英砾岩、石英砂岩，局部夹 有粉砂岩、泥岩。岩石物理性质表现为硬度高、能干 性强，并且易发生脆性变形。经野外调查发现林地组 地层局部发育共轭剪节理，节理面平直光滑且延伸较 远，两组节理相互切割，为同期形成。 通过野外地质观察，在广平地区 9个观测点(图 1)共测量了 73 对共轭剪节理。在构造位置上，取样点 位于广平倒转向斜弧东南部；在层位上，均取自于下 石炭统林地组石英砂岩、砂砾岩。运用赤平极射投影 方法[12]，可以计算出每一对共轭剪节理三维空间的最 大主压应力轴(σ1)的方向位(表1)，然后根据最大主压 应力方向绘制出具有优势方位的玫瑰花瓣图，其分布 特征如图 2所示：南西测区(A-B 区)共轭剪节理的产 状整体上倾向SSW、NNE 向，最大主压应力 σ1优势 方位为 NNE-SSW 向，并且近似垂直弧形推覆体弯曲 段；南部测量区(C-G 区)位于弧形推覆体的最大弯曲 Figure 2. Diagram showing the direction of the maximum com- pressive principal stress of each fixed point from A to I 图2. A~I观测点最大主压应力(σ1)方向玫瑰花图 Copyright © 2013 Hanspub 100  闽西南广平推覆构造应力场特征及平衡剖面研究 Copyright © 2013 Hanspub 101 Table 1. Attitudes of the conjugate joints and the maximum principal stress directions 表1. 测区共轭剪节理产状及最大主应力数据 位置 编号 产状 1 产状 2 σ1 位置 编号 产状 1 产状 2 σ1 A 1 ∠ 19038 ∠ 3351 ∠ 237 38 ∠ 12440 ∠ 30554 ∠ 12983 2 210∠30 34∠46 32∠8 39 150∠42 289∠66 62∠62 3 171∠32 18∠56 8∠12 40 84∠25 283∠45 276∠10 4 255∠14 46∠51 53∠19 41 98∠28 276∠32 277∠2 5 195∠31 25∠59 21∠14 42 179∠24 313∠47 329∠12 6 218∠25 41∠47 40∠11 E 43 151∠42 329∠31 150∠6 7 258∠14 30∠61 40∠25 44 175∠25 316∠84 114∠55 8 212∠41 20∠31 207∠5 45 150∠43 324∠14 149∠15 9 246∠58 357∠25 224∠19 46 167∠32 318∠74 111∠64 10 229∠41 32∠47 40∠3 47 178∠43 303∠73 78∠52 11 231∠32 53∠59 236∠76 48 160∠45 315∠68 89∠69 12 215∠28 32∠83 209∠62 F 49 235∠56 94∠25 248∠16 13 209∠26 47∠53 41∠14 50 246∠62 104∠26 258∠19 14 279∠22 35∠50 55∠16 51 235∠63 107∠41 8∠60 15 194∠37 29∠43 22∠3 52 216∠73 90∠17 228∠30 16 235∠47 31∠53 145∠76 53 130∠40 335∠60 199∠73 17 197∠18 27∠62 24∠22 54 106∠31 296∠54 292∠12 18 215∠45 29∠46 131∠87 55 115∠41 212∠69 245∠18 19 221∠43 26∠40 214∠2 56 105∠35 258∠68 46∠68 20 227∠42 28∠36 218∠3 57 96∠25 227∠73 22∠58 21 224∠44 28∠35 217∠5 58 ∠ 9724 ∠ 23669 ∠ 24824 22 164∠46 41∠53 14∠4 59 73∠26 333∠65 309∠24 B 23 111∠41 3∠54 331∠8 60 182∠21 329∠59 339∠20 24 112∠31 324∠63 175∠68 61 174∠34 251∠59 288∠19 25 306∠57 97∠40 174∠72 G 62 305∠51 132∠18 307∠17 26 354∠52 103∠32 326∠12 63 294∠65 336∠14 281∠36 C 27 182∠37 302∠80 85∠49 64 325∠74 323∠31 327∠52 28 240∠74 319∠87 8∠10 65 321∠54 344∠32 288∠34 29 239∠75 297∠72 179∠3 66 94∠25 320∠63 306∠20 D 30 170∠10 307∠85 119∠51 67 335∠55 98∠38 311∠10 31 164∠24 307∠90 107∠52 68 319∠39 103∠56 118∠9 32 165∠25 312∠84 112∠56 69 286∠51 110∠62 317∠84 33 65∠80 306∠14 76∠35 H 70 58∠52 85∠19 41∠32 34 204∠19 60∠80 255∠56 71 24∠69 194∠24 212∠67 35 171∠45 309∠53 329∠4 I 72 322∠35 58∠53 92∠12 36 151∠38 336∠30 153∠4 73 304∠46 72∠41 279∠3 37 164∠34 281∠61 305∠16  闽西南广平推覆构造应力场特征及平衡剖面研究 部位，最大主压应力(σ1)整体上为 NW-SE 向，在不同 部位应力方向有所差异，可能因推覆构造弧顶部分挤 压强烈、变形复杂或岩石力学性质各向异性所致，但 总体上为 NW-SE 向，尤以 D、E和G区较为明显。 在推覆构造弧形顶端位置，运用最大主压应力方向来 指示推覆构造的运动方向显得更有说服力；东部测区 (H-I 区)可观测的共轭剪节理产状较少，最大主压应力 (σ1)分别为 NE和 EW向，总体上近似垂直于弧形弯 曲部位。总的看来，推覆构造不同部位的最大主压应 力方向垂直于弧形弯曲部分，总体上为 NW-SE向。 5. 平衡剖面分析 推覆构造形成于区域挤压环境，并造成所卷入地 层大幅缩短，地层缩短量反映了推覆构造形成时的挤 压强度和运动规模。应用平衡剖面技术估算造山带地 壳的缩短量[13]，为广平推覆构造运动学特征提供了更 有力的依据。平衡剖面技术是一种遵守几何守恒原则 而建立的地质剖面的正、反演方法[14]，并且作为构造 演化恢复的一种重要手段，为构造定量化解释开辟了 道路。通过野外地质调查，并结合区内苏桥、龙凤场 井田钻孔剖资料分析，对广平推覆构造进行地层缩短 率计算，并对其运动规模进行讨论。 5.1. 平衡剖面原理 平衡剖面技术是根据物质守恒原理提出的[15]。平 衡剖面是可以恢复到原始沉积地层状态的变形剖面， 它是一条可以接受的、合理的剖面。平衡剖面的制作 应遵守以下原则[16,17]：1) 变形前岩石体积(或面积)基 本不变，即在岩石变形过程中没有物质的流入与流 出，或体积损失很小；2) 变形前后岩层的厚度和总长 度保持不变；3) 变形前后各标志层长度一致。 5.2. 剖面选取与制作 研究区主要构造线为NE-SW 向延伸，根据剖面 线与主体构造线方向垂直的原则，以广平地区近东西 向的苏桥、铭溪井田 18 线钻井剖面(图3)为基础，制 作了一条长 8525 m 的剖面 M-N(图1)。限于研究区多 期变形的叠加以及大量侵入岩的分布，要编制完整的 平衡剖面还很困难。本文选取林地组和栖霞组地层作 为标志层，运用面积守恒原则对剖面 M-N 进行复原 (图1)。 区内地层特征表明，下石炭统林地组(C1l)地层以 石英砾岩、砂砾岩为主，下二叠统栖霞组(P1q)为一套 含燧石条带灰岩，顶部常有厚几米至几十米的硅质 岩。这两套地层相对硬度高、能干性强，在挤压变形 中不易发生韧性流动变形。而其他地层如童子岩组、 文笔山组等相对软弱，沿地层薄弱带易发生顺层流动 的塑性变形。鉴于以上特点，选取能干性较强的林地 组和栖霞组地层作为标志层。 5.3. 地层缩短率估算 钻孔剖面显示(图3)，龙凤场井田为一个倒转斜歪 向斜，其中倒转翼(NW 翼)受推覆构造改造导致大部 分地层缺失，而正常翼保存比较完整。勘探资料表明， 下石 炭统林地 组石英砾岩 新 元 古 界 麻 源群变质岩 印支期白 云 母花岗岩 下二 叠统童 子岩组泥岩 下二 叠统文笔 山组细砂岩 下二 叠统栖霞 组灰岩 下 侏 罗 统梨 山组泥岩 上 二 叠统翠 屏山组泥岩 煤 线 110 L i L f N M J 1 l M' ΔL 0 1k m N ' 600 200 −200 −600 −1000 −1400 −1800 Figure 3. Balanced cross section and palinspastic map of Guangping thrust 图3. 广平推覆构造剖面与复原图 Copyright © 2013 Hanspub 102  闽西南广平推覆构造应力场特征及平衡剖面研究 龙凤场钻孔底部为倒转向斜正常翼的童子岩、文笔山 组地层，为正常沉积序列，并且变形不明显，因此推 测钻孔底部为原始正常层序沉积地层。区域地质资料 表明[18]，广平地区林地组地层厚度为302.0 m栖霞组 地层厚度为 220.4 m，代表推覆构造发生前的原始地 层厚度。根据绘制好的剖面，运用CorelDRAW 软件 对各主要岩层进行面积测量，并计算出所有岩层的总 面积 A(表2)。现以林地组作为标志层进行地层缩短量 计算，根据变形前后标志层的面积(A) 保持不变的原 则，已知林地组地层变形前厚度(T)，可以计算出其原 始地层长度(Li)： Li = A/T = 4180571 m2/302 m = 13875 m 因此，地层缩短量为： ΔL = Lf − Li = 8525 − 13875 = −5350 m 因此，地层缩短率为： S% = ΔL/L = (Lf − Li)/Li = −38.4% 在复原过程中，为了检验平衡剖面恢复的准确性 和合理性，另外选取了栖霞组(P1q)地层作为标志层进 行对比，按照上述计算方法得出地层缩短率为−38.6%。 岩石学特征表明，林地组石英砂岩和栖霞组含燧 石条带灰岩均具有相对强的能干性及抗压强度，相对 其它层位(如P2cp、P1t、P1w等)变形较弱，不易发生 顺层压缩及褶皱等变形，地层厚度相对稳定。结合以 上计算结果，两套标志层缩短量比较接近，在误差允 许的条件下标志层缩短量保持一致，推覆构造总体缩 短率为 38.4%~38.6%。 6. 讨论 6.1. 运动学方向讨论 根据推覆构造逆冲断层的展布方向、褶皱形态、 原地岩系与外来岩系分布特征，并结合区域构造综合 分析，我们认为广平推覆构造由NW 向SE运动。证 据如下：区内主要逆冲断层线整体上为NE-SW 向延 伸，并且呈弧形展布(图1)，弧顶指向 SE；广平推覆 Table 2. The shortening rate of guiding bed of Guangping thrust 表2. 广平推覆构造标志层缩短率计算数据表 主要标志层 面积 A (m2) 厚度 T(m) 原始长度 (m) 缩短量 (m) 缩短率 (%) 林地组(C1l) 4,180,571 302.0 13,845 −5320 −38.43 栖霞组(P1q) 3,057,714 220.4 13,875 −5350 −38.57 构造以发育褶皱为特色，为一巨大褶皱推覆体[2]，区 内褶皱轴面总体上倾向 NW、NNW，向 NW 倾斜， 并且与主滑动面相关的次级断层、劈理带、牵引褶皱 均反映了由 NW 向SE 方向的推挤作用；广平推覆构 造的外来岩系为上元古界麻源群(Pt3my) 和不整合在 其上的上泥盆统–下石炭统地层，与福建西部的地层 特征具有极高的相似性[18]，并且福建西部以逆冲岩系 为主，并发育“构造窗”，而向东则逐渐过渡为“飞 来峰”(图1)，表明推覆构造外来岩系可能来源于西部。 勘探剖面显示[6]，逆冲断面倾向NW、NNW，断 面产状地表较陡，向深部逐渐变缓，表现为“犁状”， 这些特征表明推覆体运动方向指向SE。龙凤场 57 线 地质剖面显示[3]，原地岩系倒转向斜是不对称的：东 翼地层倾角较陡，地层相对变薄，次级断裂和小褶皱 比较发育；西翼地层产状比较平缓，构造变形相对简 单，并且倒转向斜轴面倾向 NE。以上特征表明，推 覆构造运动方向为自 NW向SE 运动。 根据应力场方向测量原理，对发育于推覆体之林 地组中的共轭剪节理进行了测量与分析，认为广平推 覆构造形成于 NW-SE 向挤压应力场。根据9个测区 最大主应力(σ1)方位玫瑰花瓣图显示(图2)，区内挤压 应力以 NW-SE 向为主，不同部位应力场方向有所差 异，可能为推覆构造弧形弯曲所致，但是各区段最大 主压应力整体上垂直于弧形推覆体。测区南部区段(C- G区)位于推覆构造弧形顶端位置，除F区应力场方向 比较分散之外，其他区均反映了推覆构造NW-NE挤 压方向。东南区段(A-B 区)最大主压应力近NS 向，垂 直于局部 NE-SW 向展布的地层及构造线，表明推覆 构造在斜侧断坡压力不均匀。北东区段(H-I 区)受弯曲 弧段影响，主压应力整体为NEE-SWW 向。根据以上 特征，认为弧形推覆岩席顶端部位最能直观反映推覆 构造应力场特征，对位于弧顶区段 C-G 测区分析发 现，最大主压应力方位玫瑰花图和等密度图(图4)具有 明显的 NW-SE 优势方位。林地组作为广平推覆体的 主要组成部分，其中发育的共轭剪节理是区内特有构 造，在远离推覆构造区域不发育，因此林地组共轭剪 节理反映了推覆构造形成时的挤压特征。 广平推覆构造属于闽西南推覆构造的组成部分， 其形成和演化受闽西南地区板块构造动力学控制。晚 三叠时的印支运动，华南板块与杨子板块碰撞并且褶 Copyright © 2013 Hanspub 103  闽西南广平推覆构造应力场特征及平衡剖面研究 Figure 4. Diagram showing the direction of the maximum compressive principal stress of the fixed points near the coping of the arc nappe structure 图4.推覆构造弧顶部位(C-G 区)最大主压应力方位玫瑰花瓣和等密度图 皱造山[8,19]，印支期以东 西向 构造 为主 的特 提斯 构 造 域向燕山早期以 NE 向构造为主的滨太平洋构造域转 换[20]，从中–晚侏罗世古太平洋板块开始向亚洲板块 俯冲，直接导致了东亚晚侏罗世大陆内部的广泛变形 和陆内造山[21]。采自推覆构造断裂带并且与其展布一 致花岗斑岩脉的锆石测年结果显示，该岩脉形成于距 今142 ± 1 Ma(吕良冀等，尚未发表)，该岩脉是伴随 推覆构造结束的同时侵入，为同期构造花岗岩脉，代 表了推覆构造年龄上限。该年龄与广泛认为的大约 145 Ma古太平洋板块向欧亚板块 NW 方向的俯冲达 到高潮[22]非常相近。陶建华[2]根据与广平推覆构造有 成因联系的龙凤场多金属矿石铅同位素年龄测定，认 为广平推覆构造发生于印支期末。以上特征说明，推 覆构造形成时代和运动方向均与区域上板块构造的 演化相吻合，表明推覆构造是在区域 NW-SE 向挤压 应力场作用下形成，并且沿推覆面向SE 运动。 6.2. 地层缩短量讨论 广平推覆构造发生于印支期末，形成于燕山早 期，定位于燕山晚期[2]，并且以燕山早期的逆冲为主 [6]。晚侏罗世太平洋板块向东亚的俯冲[1]，导致福建 大陆边缘遭受 NW-SE 向的强烈挤压，并造成地层大 幅缩短。推覆构造所卷入地层的缩短量不仅反映了地 层压缩程度，也间接反映了推覆构造的运动规模，现 以平衡剖面缩短量计算为基础，对广平推覆构造的地 层缩短特征及形成规模进行讨论。 由于区内推覆构造广泛发育，构造变形复杂，目 前对闽西南推覆构造地层缩短量的研究仍然处于薄 弱环节。陈爱根[23]根据层长守恒原理，对宁化湖村、 永安大湖和大田广平推覆构造进行地层缩短率估算， 认为这些地区推覆构造的地层缩短率分别为 45%、 41.6%和37.3%，可见闽西南地区从西向东地层缩短率 依次减少，因此可以推断广平推覆构造可能为整个闽 西南推覆构造带的前缘部分，并且指示推覆构造由西 向东运动。根据野外地质调查及井田钻孔剖面资料， 运用面积守恒原理对广平推覆构造地层缩短量进行 估算，显得更精确。我们选自苏桥–铭溪井田 NWW 向的一条长为8525 m剖面MN(图1)，并选取下石炭 统林地组作为标志层，经剖面复原估算出地层缩短量 为5350 m，缩短率为 38.4%。由于本条剖面共有10 个实际钻孔控制，并选取栖霞组作为标志层进行对 比，故认为推覆构造缩短量估算是比较合理、可靠的。 地层缩短量表明，广平推覆构造的运动规模是比 较大的，并且外来岩系可能是闽西南凹陷的西部边缘 或更远的地区向东南方向推移而来[3]。地层学研究表 明[18]：出露于东部的震旦系下古生界地层，与 NW部 的岩性组合特征基本相似，把东部的外来岩系恢复到 其原来位置，最东边的“飞来峰”和最西边的“构造 窗”就是最小推覆距离[24]，可以估算出推覆构造的运 动距离大于 100 km。陈爱根等[9]根据湖村、大湖和广 平地区地层缩短量，并取 45%作为闽西南地区地壳的 平均缩短量，估算出建宁到大田这一区段地层缩短量 为120 km，暗示了推覆构造之规模巨大。广平地区晚 古生代以来地层缩短由古太平洋板块向华南板块之 下俯冲所产生，并在强烈的挤压应力场下沿推覆构造 界面由 NW 向SE 发生大规模运动，推覆构造地层缩 短率与其基本特征及其构造变形程度相吻合。 7. 结论 根据推覆构造空间展布、结构组成、应力场分布 Copyright © 2013 Hanspub 104  闽西南广平推覆构造应力场特征及平衡剖面研究 等特征，并结合井田勘探资料，经系统分析认为广平 推覆构造的运动学方向由 NW向SE 运动，并且导致 所卷入地层发生不同程度的变形。在野外地质调查和 区域构造综合分析基础上，运用共轭剪节理测量计算 出广平地区最大主压应力方向为 NW-SE 向。广平推 覆构造形成于区域挤压应力场，其形成和演化主要经 历了印支期末和燕山期。在以上认识基础上结合煤田 勘探剖面开展平衡剖面研究，计算出广平推覆构造地 层缩短量为 5350 m，缩短率为 38.4%，说明广平推覆 构造是一个长距离运移且规模巨大的推覆构造，其形 成机制受中国东部中生代构造环境制约。 参考文献 (References) [1] 董树文, 张岳桥, 陈宣华等. 晚侏罗世东亚多向汇 聚构造体 系的形成与变形特征[J]. 地球学报, 2008, 29(3): 306-317. 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